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Projektierungskurs 2013CBI

 

Gruppen

Gruppe 7 (LTT): Aufkonzentrierung der NaOH

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Julian Schuster, Christoph Müller Phillips Sohn, Tanja Kugler, Manuela Heinloth, Anna-Carina Kimmel, Philipp Siegler, Johannes Schmölder

Der auszulegende Prozess zur Produktion von Vinylchlorid aus Ethen mittels Chlorierung erfordert bei einigen Prozessschritten eine erhebliche Energie- bzw. Wärmezufuhr, während bei anderen Verfahren Energie bzw. Wärme abgeführt werden muss. Deshalb soll bei der Projektierung auf eine effiziente Nutzung der Ressourcen geachtet und die Energie- und Wärmenutzung optimiert werden.

Um den Gesamtprozess möglichst effizient und Ressourcen schonend auszulegen, ist es die Aufgabe der Gruppe 12 am LTT, die zur Produktherstellung notwendige globale Wärmebilanz aufzustellen, einen die Einzelprozesse übergreifenden Wärmeverbund auszulegen und somit die Gesamtanlage wärmetechnisch zu optimieren. Hierfür ist ein Konzept zu erarbeiten, welches die anfallenden Energiemengen sinnvoll nutzt und diese so weit wie möglich an anderen Stellen des Gesamtprozesses zur Verfügung stellt. In diesem Zusammenhang sind Wärmeübertrager auszulegen und die möglichen Apparatevarianten in Zusammenarbeit mit den anderen Gruppen abzustimmen.

Im Bezug zur globalen Aufgabenstellung steht die Optimierung und Koordination des Energiehaushaltes der Gesamtanlage. Eine Auslegung verschiedener Apparatetypen soll jeweils anhand eines Rohrbündelwärmeübertragers im Detail durchgeführt werden.

Gruppe 8 (LSTM): Hydrodynamische Auslegung einer Blasensäule zur Chlorierung von Ethen

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Maximilian Friedle, Andreas Köster, Magdalena Hümmer, Long Zhou, Usman Hameed, Naveed Iqbal

Blasensäulenreaktoren werden in der chemischen Industrie vielseitig für Reaktionen zwischen Gas- und Flüssigphase eingesetzt. Der Vorteil von Blasensäulenreaktoren ist, dass die chemische Reaktion durch die Auslegung des Reaktors sehr gut gesteuert werden kann. Aus diesem Grund ist das Zusammenspiel zwischen reaktionstechnischen und hydrodynamischen Aspekten wichtig. In enger Kooperation mit der Gruppe 1 von der chemischen Reaktionstechnik ist die Geometrie für einen Gasliftschlaufenreaktor anhand eines Modells berechnet worden.

Weiterhin zählen das Design von Bauteilen und die Beschreibung von hydrodynamischen Vorgängen innerhalb des Reaktors zu den Aufgaben der Gruppe. Die Dimensionierung des Flüssigverteilers zur Injektion des Chlor-/EDC-Gemisches und des Gasverteilers zur Begasung mit Ethen sind von besonderer Bedeutung bezüglich der Blasenbildung, der Blasengröße, des Blasenwachstums, der Blasenkoaleszenz sowie der Gasverteilung im Reaktor. Diese Parameter beeinflussen den Stofftransport während der Reaktion und sind deshalb bei der Auslegung des Reaktors zu berücksichtigen.

Gruppe 9 (EVT): Energieversorgung der Anlage

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Dominik Müller, Daniel Marschner, Maximilian Meidenbauer, Matthias Giese, Lisa Stumpf

Zur Herstellung von Vinylchlorid aus Natriumchlorid und Ethen ist eine hohe Menge an elektrischer und thermischer Energie notwendig. Dies betrifft neben der Elektrolyse vor allem die Aufkonzentrierung der Natronlauge und die Beheizung des Spaltofens. Die Aufgabe der Gruppe 9 besteht darin, eine geeignete Energieversorgung der Anlage zur Verfügung zu stellen. Dabei ist es erforderlich eine sinnvolle Verschaltung der Wärmeströme zu realisieren, da die Energieversorgung entscheidend zur Wirtschaftlichkeit der gesamten Anlage beiträgt. Zusätzlich soll auf standortgegebene Bedingungen Rücksicht genommen werden. Dies erfordert eine enge Zusammenarbeit insbesondere mit der für den Wärmeverbund zuständigen Gruppe 12.

Das Ergebnis dieser Betrachtung stellt nun ein Gas- und Dampfkraftwerk mit einer elektrischen Leistung von 98 MW dar, welches mit Erdgas betrieben wird. Zunächst soll auf eine handelsübliche Gasturbine mit 70 MW Leistung zurückgegriffen werden, deren Rauchgas in einem ersten Schritt den Spaltofen mit einer Zusatzfeuerung in den Prozess integriert. Anschließend wird dem noch fast 600°C heißen Rauchgas ein Dampferzeuger nachgeschaltet, welcher die Verbleibende thermische Energie verwendet, um Dampf auf definierten Druck- und Temperaturniveaus bereitzustellen. Dabei wird der Heizdampf für die übrigen Prozesse ausgekoppelt, während der übrige Dampf über eine Turbine entspannt und zur Stromerzeugung genutzt wird. Als Abwärme fallen lediglich 80 MW an, welche über einen Kondensator abzuführen sind.

Gruppe 10 (EVT): Alternative Bereitstellungsmöglichkeiten von HCl durch thermische Verwertungsverfahren

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Daniel Höftberger, Laura Gerstner, Jana Keim, Sebastian Merk, Anika Rost

In einer industriellen Großanlage ist es stets erstrebenswert alle anfallenden, nicht weiter verwertbaren Fraktionen intern zu erfassen und weitestgehend zu nutzen, um möglichst einen geschlossenen Kreislauf zu erreichen.

Hieraus ergibt sich die Idee der Gruppe 10 diese Ströme abzugreifen und mit Hilfe von thermischen Verwertungsverfahren zu nutzen. Bei der Herstellung von Vinylchlorid besteht die Möglichkeit aus Abgasströmen der Aufreinigung und der Destillation verdünnte Salzsäure zu gewinnen, welche zur Optimierung der Chloralkalielektrolyse durch die zusätzliche Ansäuerung genutzt werden kann.
Zur Gewinnung der verdünnten Salzsäure ist es anfangs notwendig, die erfassten Fraktionen zu verbrennen. Das daraus resultierende Rauchgas wird anschließend in Wärmetauschersystemen abgekühlt und die hierdurch gewonnene Wärme zur Dampferzeugung eingesetzt. Mit Hilfe von Gaswäschern kann abschließend verdünnte Salzsäure gewonnen und in die Chloralkalielektrolyse eingeleitet werden.

Gruppe 11 (LFG): Wirbelschicht & Feststoffhandling

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William Noubissi Kamgo, Marian Hervey Noubissi Noubi, Kristina Franz, Tobias Struzyna, Jakob Wiesbauer, Rubita Srikantharajah

In der Vinylchlorid-Herstellung ist die Oxychlorierung von Ethen zu EDC (Dichlorethan) einer der wichtigsten Teilschritte, welche in einer Wirbelschicht umgesetzt wird. Die Hauptaufgabe der Gruppe 11 am Lehrstuhl für Feststoff- und Grenzflächenverfahrenstechnik ist die Erstellung eines innovativen Konzepts für diesen Wirbelschichtreaktor. Es wird das Konzept eines Zwei-Zonen-Wirbelschichtreaktors gewählt. In enger Zusammenarbeit mit der chemischen Reaktionstechnik werden anhand der Verweilzeit die Reaktionszone und die Regenerationszone für den Katalysator ausgelegt. Durch die Teilung des Reaktors in zwei Zonen kann innerhalb eines Reaktors die eigentliche Reaktion unabhängig von der Katalysatorregeneration stattfinden. Die normale Betriebsgeschwindigkeit in einer Wirbelschicht liegt dabei zwischen Lockerungsgeschwindigkeit und Einzelkornsinkgeschwindigkeit. Dies ist hier nicht der Fall, da die Betriebsgeschwindigkeit größer als die Einzelkorngeschwindigkeit ist. Somit wird eine Wirbelschicht mit hohem Austrag betrieben. Die Auslegung des Reaktors erfolgt durch Bilanzierung der Massenströme für einen kontinuierlichen Prozess und der Verlustbetrachtung durch Katalysatorabrieb im Betrieb.

Um den Katalysatorabrieb zu minimieren, werden als Katalysatorträger poröse Al2O3 Kugeln verwendet. Die Poren des Trägers werden mittels Trockenimprägnierung beschichtet. Die im Prozess vorliegenden hohen Lehrrohrgeschwindigkeiten führen zum Austrag der Katalysatorpartikeln. Aus diesem Grund wird oberhalb der Reaktionszone ein Freeboard zur Querschnittserweiterung angebracht, welches durch Minimierung der Gasgeschwindigkeit den Rückfall der Katalysatoren in den Betrieb ermöglicht. Feinere Partikeln, die durch den Abrieb entstehen, werden durch einen zweistufigen Zyklonabscheider aufgefangen. Eine weitere Herausforderung stellt die starke Wärmeentwicklung bei der Reaktion dar. Um diese Wärme abzuführen, werden Kühlstäbe in den Reaktordeckel eingesetzt.

Gruppe 12 (LTT): Wärmeverbund und wärmetechnische Auslegung Optimierung der Gesamtanlage

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Julian Schuster, Christoph Müller Phillips Sohn, Tanja Kugler, Markus Bosser, Holger Trzenschiok, Lukas Wergen

Der auszulegende Prozess zur Produktion von Vinylchlorid aus Ethen mittels Chlorierung erfordert bei einigen Prozessschritten eine erhebliche Energie- bzw. Wärmezufuhr, während bei anderen Verfahren Energie bzw. Wärme abgeführt werden muss. Deshalb soll bei der Projektierung auf eine effiziente Nutzung der Ressourcen geachtet und die Energie- und Wärmenutzung optimiert werden.

Um den Gesamtprozess möglichst effizient und Ressourcen schonend auszulegen, ist es die Aufgabe der Gruppe 12 am LTT, die zur Produktherstellung notwendige globale Wärmebilanz aufzustellen, einen die Einzelprozesse übergreifenden Wärmeverbund auszulegen und somit die Gesamtanlage wärmetechnisch zu optimieren. Hierfür ist ein Konzept zu erarbeiten, welches die anfallenden Energiemengen sinnvoll nutzt und diese so weit wie möglich an anderen Stellen des Gesamtprozesses zur Verfügung stellt. In diesem Zusammenhang sind Wärmeübertrager auszulegen und die möglichen Apparatevarianten in Zusammenarbeit mit den anderen Gruppen abzustimmen.

Im Bezug zur globalen Aufgabenstellung steht die Optimierung und Koordination des Energiehaushaltes der Gesamtanlage. Eine Auslegung verschiedener Apparatetypen soll jeweils anhand eines Rohrbündelwärmeübertragers im Detail durchgeführt werden.

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Projektierungskurs 2013